音像定位装置
【課題】 制御を行うフィルタの高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止し、もって視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる音像定位装置を提供する。
【解決手段】 椅子に着座する聴取者Ｍの周囲における床部には、スピーカ１０，２０が設けられている。スピーカ１０，２０は、聴取者Ｍから見て、両耳間レベル差最大軸Ｘの上に配置されている。両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置されたスピーカ１０，２０から発進される音響信号は、聴取者Ｍの頭部の回折減衰によって高周波成分が減衰する。このため、高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止できる。
【解決手段】 椅子に着座する聴取者Ｍの周囲における床部には、スピーカ１０，２０が設けられている。スピーカ１０，２０は、聴取者Ｍから見て、両耳間レベル差最大軸Ｘの上に配置されている。両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置されたスピーカ１０，２０から発進される音響信号は、聴取者Ｍの頭部の回折減衰によって高周波成分が減衰する。このため、高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元空間の任意の位置に音像を定位させる音像定位装置に係り、特に、２チャンネルのスピーカを用いたトランスオーラル制御方式による音像定位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における音像定位装置として、いわゆるバイノーラル制御によるものが知られている。このバイノーラル制御による音像定位では、スピーカやヘッドホンから、聴取者の耳に到達するまでの空間伝達関数を打ち消すように信号を処理することによって音像定位を図っている（たとえば、特許文献１参照）。このうち、ヘッドホンを用いたバイノーラル制御では、ヘッドホンから聴取者の耳に到達するまでの伝達関数の逆特性を持つフィルタによる信号を処理している。
【０００３】
また、スピーカを用いたバイノーラル制御としては、トランスオーラル制御方式やステレオダイポール方式によるものが知られている。このうち、トランスオーラル制御方式を用いた音像定位装置として、いわゆるクロストークキャンセル制御を行うものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。クロストークキャンセル制御では、スピーカをステレオに配置し、左側のスピーカから発信した音を左の耳だけに到達させるために、右側のスピーカから逆位相の音を発信し、右耳に到達する音を打ち消すようにしている。さらに、ステレオダイポール方式では、２台のスピーカを聴取者の前方に近接した状態で並設し、トランスオーラル制御方式で行われたものと同様クロストークキャンセル制御を行う。
【特許文献１】特開２００３−２３０１９８号公報
【特許文献２】特開平１１−７５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のクロストークキャンセル制御では、２つのスピーからから発生された音波が両耳に到達するものの、２つのスピーカから到達する音波の時間差により、位相差が発生する。この位相差が発生することにより、打ち消し合う周波数と強め合う周波数とが音の周波数ごとに混在してしまう。このように周波数が混在した状況でバイノーラル制御を行うと、制御を行うフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生し、最適な視聴位置から外れた位置における制御効率の著しい劣化、再生系のダイナミックレンジの減少、誤差感度の増大を招くなどの問題がある。このような問題は、音の周波数が高い領域にいくほど顕著となる。
【０００５】
この問題に対して、ステレオダイポール方式では、スピーカを前方に配置することによって制御を行う帯域を限定して対処している。しかしながら、ステレオダイポール方式では、聴取者の頭部位置に対するロバスト性が低下してしまうという問題が生じるものであった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、制御を行うフィルタの高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止し、もって視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる音像定位装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る音像定位装置は、聴取者の左右位置にそれぞれ配設され、聴取者における左鼓膜位置および右鼓膜位置に対してそれぞれ音響信号を出力する左制御音源および右制御音源を備え、左制御音源から右鼓膜位置に伝達するクロストーク成分および右制御音源から左鼓膜位置に伝達するクロストーク成分を除去して、左右の鼓膜位置に所定の音響信号をそれぞれ独立に再生する音像定位装置において、聴取者の頭部の回折減衰によって、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となり、かつ右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となる軸を中心とする所定の範囲内に、左制御音源および右制御音源がそれぞれ配置されているものである。
【０００８】
本発明に係る音像定位装置においては、聴取者の頭部の回折減衰によって、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となり、かつ右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となる軸を中心とする所定の範囲内に、左制御音源および右制御音源がそれぞれ配置されている。このような配置とすることにより、各制御音源から発信した音声信号のうち、制御音源のある側と反対側の耳へ伝達する成分であるクロストーク成分は、聴取者の頭部による回折減衰の影響を大きく受けることになる。ここで、回折減衰効果は周波数が高くなるほど大きくなる。このため、クロストーク成分を除去するクロストークキャンセル制御を行うにあたり、高周波領域においては、信号処理によるクロストーク成分をキャンセルする制御を行う必要がなくなる。したがって、クロストークキャンセル制御を行う際のフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生することを防止することができ、視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる。
【０００９】
ここで、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に左制御音源が配置され、右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に右制御音源が配置されている態様とすることができる。
【００１０】
このように、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差および右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上であることにより、高周波領域の成分を好適に回折減衰させることができる。
【００１１】
また、所定の範囲は、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲である態様とすることができる。
【００１２】
このように、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲であることにより、高周波領域の成分を好適に回折減衰させることができる。
【００１３】
さらに、左制御御音源および右制御音源は、音響信号におけるクロストーク成分に対してローパス処理を施すローパスフィルタをそれぞれ備える態様とすることができる。
【００１４】
このように、各音響信号におけるクロストーク成分に対してローパス処理を施すローパスフィルタを備えることにより、低周波成分に対する制御を確実に行うことができる。
【００１５】
また、左制御音源および右制御音源は、聴取者の周囲における床部または屋内配置物に設けられている態様とすることができる。
【００１６】
このように、各制御音源が床部または屋内配置物に設けられていることにより、室内における音声の制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る音像定位装置によれば、制御を行うフィルタの高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止し、もって視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図１は本実施形態に係る音像定位装置が設けられたオフィス内を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図２は本実施形態に係る音像定位装置における聴取者と音源との配置関係を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る音像定位装置１は、たとえばオフィス内において、聴取者Ｍを制御対象者として設けられている。ここでの制御対象者となる聴取者Ｍとしては、図１（ａ）に示すように、デスク２の前に設置された椅子３に着座して仕事をしている者を想定している。音像定位装置１は、図１（ｂ）に示すように、左制御音源である左スピーカ１０および右制御音源である右スピーカ２０を備えている。左スピーカ１０および右スピーカ２０は、いずれもオフィスにおける床部に設けられており、左スピーカ１０は、聴取者Ｍの右鼓膜位置となる右耳の位置よりも左鼓膜位置となる左耳の位置に近い位置に配置され、右スピーカ２０は、聴取者Ｍの左耳の位置よりも右耳の位置に近い位置に配置されている。
【００２０】
左スピーカ１０および右スピーカ２０は、図２に示すように、音響信号を発信している。ここで、左スピーカ１０から発信される音響信号は聴取者Ｍの左耳のみに伝達され、右スピーカ２０から発信される音響信号は右耳のみに伝達されることが望ましい。ところが、実際には左スピーカ１０から発信される音響信号が聴取者Ｍの左耳に伝達される成分や、右スピーカ２０から発信される音響信号は右耳のみに伝達される成分が存在する。そこで、左スピーカ１０および右スピーカ２０から反対側の耳に伝達するクロストーク成分を除去するクロストークキャンセル制御を行う。クロストークキャンセル制御では、左スピーカ１０から右耳へ、右スピーカ２０から左耳へ伝播する音響信号を打ち消すように、信号処理を施している。
【００２１】
また、左スピーカ１０および右スピーカ２０は、それぞれ両耳間レベル差が最大となる位置に配置されている。このため、左スピーカ１０が発信した音声は、聴取者Ｍの頭部を回り込んで聴取者Ｍの左耳に到達する。また、右スピーカ２０が発信した音声は、聴取者Ｍの頭部を回り込んで聴取者Ｍの右耳に到達する。
【００２２】
両耳間レベル差が最大となる位置は、両耳間レベル差が最大となる軸（以下「両耳間レベル差最大軸」という）Ｘ上に配置される。この両耳間レベル差最大軸は、いわゆる混同の円錐の軸と一致する。頭部を球体とし、両耳が頭部の中心を通り左右対称位置にあると仮定した場合、両耳間レベル差最大軸は両耳を貫く軸に一致する。しかし、実際の聴取者（人間）の頭部は完全な球体ではないため、図２に示すように、両耳間レベル差最大軸Ｘは、両耳間を貫く軸からずれて位置する。具体的には、両耳間の中心位置を内側、両耳の位置を外側として、内側から外側に進むに連れて後方にずれように位置する。このときに、両耳間レベル差最大軸Ｘは、聴取者が正面を向いた状態で、両耳間の中心を通る鉛直軸周りにそれぞれ１４°ずらした場所に位置している。
【００２３】
次に、本実施形態に係る音像定位装置における音像定位の原理について説明する。ここでは、まず、トランスオーラル制御における一般的なクロストークキャンセルついて説明する。一般的なクロストークキャンセルの説明を行うにあたり、以下では、図３に示すように、原音場Ｅ１に設置したダミーヘッドＤにおける左チャンネルＤ１と右チャンネルＤ２によって２チャンネルの集音を行い、集音された音を再生音場Ｅ２において再生する例について説明する。
【００２４】
ダミーヘッドＤによって集音した音を再生する際、単純にダミーヘッドＤの左チャンネルＤ１で集音した音を左スピーカ１０から再生し、右チャンネルＤ２で集音した音を右スピーカ２０から再生することを考える。このとき、左スピーカ１０から発信された音は、左−左空間伝達関数ＧＬＬ（ｚ）を経て聴取者Ｍの左耳ＭＬに到達すると同時に、左−右空間伝達関数ＧＬＲ（ｚ）を経て聴取者Ｍの右耳ＭＲにも到達してしまう。同様に、右スピーカ２０から発信された音は、右−右空間伝達関数ＧＲＲ（ｚ）を経て聴取者Ｍの右耳ＭＲに到達すると同時に、右−左空間伝達関数ＧＲＬ（ｚ）を経て聴取者Ｍの左耳ＭＬにも到達してしまう。
【００２５】
これらの音のうち、左スピーカ１０から発信されて聴取者Ｍの右耳ＭＲに到達する成分と、右スピーカ２０から発信されて聴取者Ｍの左耳ＭＬに到達する成分がクロストーク成分となる。このクロストーク成分が原音場Ｅ１での音を再生するための妨害要因となってしまう。
【００２６】
このクロストーク成分を除去するために、音像定位装置では、制御フィルタを用いる。いま、制御フィルタＨ（ｚ）として下記（１）に示すものを用いる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ダミーヘッドＤの左チャンネルＤ１に入力される信号を左入力信号ｘ１（ｚ）、右チャンネルＤ２に入力される信号を右入力信号ｘ２（ｚ）とする。また、左チャンネルＤ１から出力される信号を左出力信号ｙ１（ｚ）、右チャンネルＤ２から出力される信号を右出力信号ｙ２（ｚ）とする。さらに、聴取者Ｍの左耳ＭＬで再生される信号を左再生信号ｚ１（ｚ）、聴取者Ｍの右耳で再生される信号を右再生信号ｚ２（ｚ）とする。このとき、図３に示す信号の流れから、左再生信号ｚ１（ｚ）は、下記（２）式および（３）式によって表される。また、右再生信号ｚ２（ｚ）下記（２）式および（３）式によって表される。
【００２９】
ｚ１（ｚ）＝ＧＬＬ（ｚ）ｙ１（ｚ）＋ＧＲＬ（ｚ）ｙ２（ｚ） ・・・（２）
ｙ１（ｚ）＝Ｈ１１（ｚ）ｘ１（ｚ）＋Ｈ２１（ｚ）ｘ２（ｚ） ・・・（３）
ｚ２（ｚ）＝ＧＲＲ（ｚ）ｙ２（ｚ）＋ＧＬＲ（ｚ）ｙ１（ｚ） ・・・（４）
ｙ２（ｚ）＝Ｈ２２（ｚ）ｘ２（ｚ）＋Ｈ１２（ｚ）ｘ１（ｚ） ・・・（５）
これらの関係を、下記（６）式に示す空間伝達行列式Ｇ（ｚ）を用いて表示すると、（７）式に示すようになる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
こうして得られた（７）式に対して、ダミーヘッドＤと左右スピーカ１０，２０との間に制御フィルタＨ（ｚ）を介在させると、下記（８）式を得ることができる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ここで、クロストーク成分を除去し、各空間伝達関数の影響を除去したとすると、聴取者Ｍの耳における再生信号ｚ（ｚ）は、ダミーヘッドＤの出力信号ｘ（ｚ）と一致する。再生信号ｚ（ｚ）と出力信号ｘ（ｚ）とが一致するためには、上記（８）式より、制御フィルタＨ（ｚ）が、下記（９）式に示す空間伝達行列式Ｇ（ｚ）の逆行列である空間伝達逆行列式Ｇ−１（ｚ）となればよい。
【００３４】
【数４】
【００３５】
このようにして制御フィルタＨ（ｚ）（＝Ｇ−１（ｚ））が求められる。
【００３６】
ここで、一般に、クロストークキャンセル制御を行うにあたっては、高周波領域における制御が難しいという問題がある。この問題に対して、本実施形態に係る音像定位装置１では、両耳間レベル差最大軸Ｘ上にスピーカ１０，２０を配置している。このように、左スピーカ１０および右スピーカ２０をそれぞれ両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置した場合、両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置された左スピーカ１０から発信する音響信号におけるクロストーク成分は、聴取者Ｍの頭部を回って右耳に到達し、頭部の回折減衰によって減衰する。この結果、音響信号のうちの高周波領域の成分が聴取者の右耳にほとんど届かないことになる。同様に、両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置された右スピーカ２０から発信する音響信号におけるクロストーク成分は、聴取者Ｍの頭部を回って左耳に到達し、頭部の回折減衰によって減衰する。この結果、音響信号のうちの高周波領域の成分が聴取者の左耳にほとんど届かないことになる。
【００３７】
このように、左右反対側から出力される音響信号の成分（以下「クロストーク成分」という）における高周波成分については頭部の回折減衰によって聴取者Ｍの耳にほとんど届かないことから、もはや信号処理によるクロストークキャンセル制御を行う必要がない。したがって、クロストークキャンセル制御を行う際のフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生することを防止することができ、もって聴取者Ｍの頭部の動きに対するロバスト性を向上させることができる。
【００３８】
また、クロストーク成分における高周波領域の成分がフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生する原因となることから、クロストーク成分における高周波領域の成分を制御フィルタによって取り除くのが好適となる。クロストーク成分における高周波領域の成分を取り除く制御フィルタＨ（ｚ）としては、クロストーク成分をローパス処理した下記（１０）式に示す伝達行列Ｇ（ｚ）を用いて制御フィルタＨ（ｚ）（＝Ｇ−１（ｚ））を構成することで実現できる。
【００３９】
【数５】
【００４０】
ここでのローパスフィルタＣとしては、低周波数領域では（１０）式が（１）式で表されるものとし、高周波数領域ではクロストーク成分が０となる式で表される式とするように設計する。こうして、低周波数領域における伝達関数を打ち消す制御を行うことができる。
【００４１】
続いて、左スピーカ１０および右スピーカ２０の好適な配置位置について説明する。ここで、最初にスピーカ１０を両耳間レベル差最大軸Ｘについて説明する。本発明者らは、聴取者に対する両耳間レベル差最大軸Ｘの位置関係について実験を行った。実験では、図４に示すように、ダミーヘッドＤから一定の距離（以下「音源距離」という）ｌとなる位置にスピーカ１０をそれぞれ配置し、正面からの角度（以下「水平面角度」という）θを変えながら両耳間差を計測した。まず、ある音源距離における両耳間差を計測し、その音源距離における両耳間差を２ｄＢ以下の分布で下限値および上限値を求めるとともに、両耳間レベル時間差が最大となる水平面角度θを求めた。さらに、音源距離ｌを変えながら同様の実験を行い、各音源距離における両耳間レベル時間差の下限値および上限値、さらには両耳間レベル差が最大となる水平面角度θを求めた。実験において用いた音源距離ｌは、４００ｍｍ、８００ｍｍ、１６００ｍｍ、３２００ｍｍとした。その結果を図４（ｂ），（ｃ）に示す。
【００４２】
図４（ｂ），（ｃ）から分かるように、音源距離ｌを変えた場合でも、両耳間レベル時間差が最大となる水平面角度は１０４°または１０６°となり、ほとんどの場合で１０４°となった。さらに、１ｄＢ以下の分布による両耳間レベル差の下限値および上限値は、この両耳間時間差が最大となる角度を中心として均等に分布していることが分かるこの結果から、両耳間レベル差最大軸Ｘは、聴取者が正面を向いた状態で、両耳間の中心を通る鉛直軸周りにそれぞれ１４°ずらした場所に位置することになるといえる。
【００４３】
両耳間レベル差最大軸Ｘからの変位量の許容量について行った実験（以下「第１実験」という）について説明する。第１実験では、両耳間レベル差最大軸Ｘを水平面角度θ＝１０４°の位置に設定し、水平面角度θをずらしながら両耳間レベル差を計測した。その結果を図５に示す。図５から分かるように、水平面角度θ＝１０４°の位置を中心として、水平面角度θが大きくまたは小さくなるほど、両耳間レベル差が小さくなっていく傾向が見られた。
【００４４】
ここで、クロストーク成分の高周波領域の成分が好適に回折減衰し、クロストーク成分が原音場の音を再生するための妨害要因とならなくなるためには、両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ以上あることが求められる。クロストーク成分が原音場の音を再生するための妨害要因とならなくなるために両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ以上であることが求められる理由について説明するための実験（以下「第２実験」という）について説明する。この第２実験は、聴取者の耳の窪みを粘土で埋めて、手がかりを得られなくした状態で、生めた側の音源あるいは反対側の正常な耳側の音源に対する定位精度を検証して両耳の効果を調べたものである。
【００４５】
第２実験の結果、両方の耳の窪みを粘土で埋めた場合、定位精度は大きくは変わらないが、音源に近い側の耳の窪みだけを粘土で埋めた場合、音源に対する定位精度が著しく低下することが分かった。このときの両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ程度となっていた。このことから、クロストーク成分が原音場の音を再生するための妨害要因とならなくなるために両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ以上であることが求められる。
【００４６】
また、両耳間レベル差が１５ｄＢ以上となる範囲としては、測定誤差も加味して、水平面角度θが１０４°の範囲から±１６°の範囲にあることが分かる。この第１実験の結果より、水平面角度θが１０４°±１６°であり、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲であるときに、両耳間レベル差を１５ｄＢとすることができ、高周波領域の成分を好適に回折減衰させることができることがわかった。
【００４７】
続いて、本実施形態に係る音像定位装置におけるロバスト性の向上を検証するために行った第３実験について説明する。第３実験では、無響室内において、従来の手法と、本実施形態に係る手法とによる音像定位を行い、各実験において位置のロバスト性を検証した。ここでの従来の手法は、通常のステレオ再生が行われる位置にスピーカを配置し、通常のトランスオーラル制御によって音像定位を行ったものである。また通常のステレオ再生が行われるスピーカの位置としては、頭部の正面からの開き角６０°（±３０°）の位置であり、頭部としてはダミーヘッドを使用した。この実験では、制御点から頭部がずれた場合に、どの程度の制御効果があるかを測定した。位置のずれ方としては、左右方向、前後方向、回転方向の３通りを設定した。
【００４８】
これらの実験についてのそれぞれの結果を図６〜図８に示す。図６は、左右方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものである。また、図７は、前後方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものである。さらに、図８は、回転方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものである。これらの各コンタ図において、横軸に位置のずれ（前後左右方向では±１０ｃｍ、回転方向では±４０°）、縦軸に周波数を示す。また、これらのコンタ図では、制御点での効果を基準として正規化を行った。このため、制御点が効果０ｄＢであるのに対して、制御効果が低下するほど数値が小さくなる。なお、図６（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）において、制御効果を表すコンタ図を示す。
【００４９】
図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、たとえば、頭部を左右に動かした場合、横軸０が制御点であるので、制御効果が最大となる点は横軸０の点となり、左右にずれるほど制御効果が低下することが分かる。このことから、従来手法による音像定位の方が本実施例による音像定位よりもロバスト性が低く、特に高周波数領域でのロバスト性の低下が目立つものとなった。
【００５０】
また図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較した場合、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較した場合も、程度の差はあるが左右方向の場合と同様の傾向を見て取ることができた。この結果から、本実施例に係る手法では、従来の手法より高いロバスト性を得ることができることが分かった。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態ではスピーカ１０，２０をオフィスにおける床部に設けているが、聴取者の周囲にある壁面やパーテーションなどの屋内配置物に設ける態様とすることができる。また、聴取者としては、椅子などに着座するものを対象とすることもできるし、起立した状態のものを対象とすることもできる。さらに、上記実施形態では、オフィス内における音像定位を対象としているが、家庭や劇場などにおける音像定位に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る音像定位装置が設けられたオフィス内を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本実施形態に係る音像定位装置における聴取者と音源との配置関係を示す模式図である。
【図３】音像定位の原理を示す模式図である。
【図４】（ａ）は両耳間レベル差最大軸についての実験に用いたダミーヘッドとスピーカとの配置関係を示す図、（ｂ）は実験結果を示すグラフ、（ｃ）は実験結果を示す表である。
【図５】両耳間レベル差最大軸からの変位量の許容量についての実験結果を示すグラフである。
【図６】左右方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものであり、（ｃ）は制御効果を表すコンタ図である。
【図７】前後方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものであり、（ｃ）は制御効果を表すコンタ図である。
【図８】回転方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものであり、（ｃ）は制御効果を表すコンタ図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…音像定位装置
２…デスク
３…椅子
１０…左スピーカ
２０…右スピーカ
Ｃ…ローパスフィルタ
Ｄ…ダミーヘッド
Ｄ１…左チャンネル
Ｄ２…右チャンネル
Ｅ１…原音場
Ｅ２…再生音場
Ｍ…聴取者
ＭＬ…左耳
ＭＲ…右耳
Ｘ…両耳間レベル差最大軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元空間の任意の位置に音像を定位させる音像定位装置に係り、特に、２チャンネルのスピーカを用いたトランスオーラル制御方式による音像定位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における音像定位装置として、いわゆるバイノーラル制御によるものが知られている。このバイノーラル制御による音像定位では、スピーカやヘッドホンから、聴取者の耳に到達するまでの空間伝達関数を打ち消すように信号を処理することによって音像定位を図っている（たとえば、特許文献１参照）。このうち、ヘッドホンを用いたバイノーラル制御では、ヘッドホンから聴取者の耳に到達するまでの伝達関数の逆特性を持つフィルタによる信号を処理している。
【０００３】
また、スピーカを用いたバイノーラル制御としては、トランスオーラル制御方式やステレオダイポール方式によるものが知られている。このうち、トランスオーラル制御方式を用いた音像定位装置として、いわゆるクロストークキャンセル制御を行うものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。クロストークキャンセル制御では、スピーカをステレオに配置し、左側のスピーカから発信した音を左の耳だけに到達させるために、右側のスピーカから逆位相の音を発信し、右耳に到達する音を打ち消すようにしている。さらに、ステレオダイポール方式では、２台のスピーカを聴取者の前方に近接した状態で並設し、トランスオーラル制御方式で行われたものと同様クロストークキャンセル制御を行う。
【特許文献１】特開２００３−２３０１９８号公報
【特許文献２】特開平１１−７５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のクロストークキャンセル制御では、２つのスピーからから発生された音波が両耳に到達するものの、２つのスピーカから到達する音波の時間差により、位相差が発生する。この位相差が発生することにより、打ち消し合う周波数と強め合う周波数とが音の周波数ごとに混在してしまう。このように周波数が混在した状況でバイノーラル制御を行うと、制御を行うフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生し、最適な視聴位置から外れた位置における制御効率の著しい劣化、再生系のダイナミックレンジの減少、誤差感度の増大を招くなどの問題がある。このような問題は、音の周波数が高い領域にいくほど顕著となる。
【０００５】
この問題に対して、ステレオダイポール方式では、スピーカを前方に配置することによって制御を行う帯域を限定して対処している。しかしながら、ステレオダイポール方式では、聴取者の頭部位置に対するロバスト性が低下してしまうという問題が生じるものであった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、制御を行うフィルタの高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止し、もって視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる音像定位装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る音像定位装置は、聴取者の左右位置にそれぞれ配設され、聴取者における左鼓膜位置および右鼓膜位置に対してそれぞれ音響信号を出力する左制御音源および右制御音源を備え、左制御音源から右鼓膜位置に伝達するクロストーク成分および右制御音源から左鼓膜位置に伝達するクロストーク成分を除去して、左右の鼓膜位置に所定の音響信号をそれぞれ独立に再生する音像定位装置において、聴取者の頭部の回折減衰によって、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となり、かつ右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となる軸を中心とする所定の範囲内に、左制御音源および右制御音源がそれぞれ配置されているものである。
【０００８】
本発明に係る音像定位装置においては、聴取者の頭部の回折減衰によって、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となり、かつ右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となる軸を中心とする所定の範囲内に、左制御音源および右制御音源がそれぞれ配置されている。このような配置とすることにより、各制御音源から発信した音声信号のうち、制御音源のある側と反対側の耳へ伝達する成分であるクロストーク成分は、聴取者の頭部による回折減衰の影響を大きく受けることになる。ここで、回折減衰効果は周波数が高くなるほど大きくなる。このため、クロストーク成分を除去するクロストークキャンセル制御を行うにあたり、高周波領域においては、信号処理によるクロストーク成分をキャンセルする制御を行う必要がなくなる。したがって、クロストークキャンセル制御を行う際のフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生することを防止することができ、視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる。
【０００９】
ここで、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に左制御音源が配置され、右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に右制御音源が配置されている態様とすることができる。
【００１０】
このように、左制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号と左制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差および右制御音源から出力されて右鼓膜位置に到達する音響信号と右制御音源から出力されて左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上であることにより、高周波領域の成分を好適に回折減衰させることができる。
【００１１】
また、所定の範囲は、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲である態様とすることができる。
【００１２】
このように、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲であることにより、高周波領域の成分を好適に回折減衰させることができる。
【００１３】
さらに、左制御御音源および右制御音源は、音響信号におけるクロストーク成分に対してローパス処理を施すローパスフィルタをそれぞれ備える態様とすることができる。
【００１４】
このように、各音響信号におけるクロストーク成分に対してローパス処理を施すローパスフィルタを備えることにより、低周波成分に対する制御を確実に行うことができる。
【００１５】
また、左制御音源および右制御音源は、聴取者の周囲における床部または屋内配置物に設けられている態様とすることができる。
【００１６】
このように、各制御音源が床部または屋内配置物に設けられていることにより、室内における音声の制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る音像定位装置によれば、制御を行うフィルタの高周波数成分に鋭い山型が発生することを防止し、もって視聴者の頭部位置に対して高ロバストな音像定位を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図１は本実施形態に係る音像定位装置が設けられたオフィス内を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図２は本実施形態に係る音像定位装置における聴取者と音源との配置関係を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る音像定位装置１は、たとえばオフィス内において、聴取者Ｍを制御対象者として設けられている。ここでの制御対象者となる聴取者Ｍとしては、図１（ａ）に示すように、デスク２の前に設置された椅子３に着座して仕事をしている者を想定している。音像定位装置１は、図１（ｂ）に示すように、左制御音源である左スピーカ１０および右制御音源である右スピーカ２０を備えている。左スピーカ１０および右スピーカ２０は、いずれもオフィスにおける床部に設けられており、左スピーカ１０は、聴取者Ｍの右鼓膜位置となる右耳の位置よりも左鼓膜位置となる左耳の位置に近い位置に配置され、右スピーカ２０は、聴取者Ｍの左耳の位置よりも右耳の位置に近い位置に配置されている。
【００２０】
左スピーカ１０および右スピーカ２０は、図２に示すように、音響信号を発信している。ここで、左スピーカ１０から発信される音響信号は聴取者Ｍの左耳のみに伝達され、右スピーカ２０から発信される音響信号は右耳のみに伝達されることが望ましい。ところが、実際には左スピーカ１０から発信される音響信号が聴取者Ｍの左耳に伝達される成分や、右スピーカ２０から発信される音響信号は右耳のみに伝達される成分が存在する。そこで、左スピーカ１０および右スピーカ２０から反対側の耳に伝達するクロストーク成分を除去するクロストークキャンセル制御を行う。クロストークキャンセル制御では、左スピーカ１０から右耳へ、右スピーカ２０から左耳へ伝播する音響信号を打ち消すように、信号処理を施している。
【００２１】
また、左スピーカ１０および右スピーカ２０は、それぞれ両耳間レベル差が最大となる位置に配置されている。このため、左スピーカ１０が発信した音声は、聴取者Ｍの頭部を回り込んで聴取者Ｍの左耳に到達する。また、右スピーカ２０が発信した音声は、聴取者Ｍの頭部を回り込んで聴取者Ｍの右耳に到達する。
【００２２】
両耳間レベル差が最大となる位置は、両耳間レベル差が最大となる軸（以下「両耳間レベル差最大軸」という）Ｘ上に配置される。この両耳間レベル差最大軸は、いわゆる混同の円錐の軸と一致する。頭部を球体とし、両耳が頭部の中心を通り左右対称位置にあると仮定した場合、両耳間レベル差最大軸は両耳を貫く軸に一致する。しかし、実際の聴取者（人間）の頭部は完全な球体ではないため、図２に示すように、両耳間レベル差最大軸Ｘは、両耳間を貫く軸からずれて位置する。具体的には、両耳間の中心位置を内側、両耳の位置を外側として、内側から外側に進むに連れて後方にずれように位置する。このときに、両耳間レベル差最大軸Ｘは、聴取者が正面を向いた状態で、両耳間の中心を通る鉛直軸周りにそれぞれ１４°ずらした場所に位置している。
【００２３】
次に、本実施形態に係る音像定位装置における音像定位の原理について説明する。ここでは、まず、トランスオーラル制御における一般的なクロストークキャンセルついて説明する。一般的なクロストークキャンセルの説明を行うにあたり、以下では、図３に示すように、原音場Ｅ１に設置したダミーヘッドＤにおける左チャンネルＤ１と右チャンネルＤ２によって２チャンネルの集音を行い、集音された音を再生音場Ｅ２において再生する例について説明する。
【００２４】
ダミーヘッドＤによって集音した音を再生する際、単純にダミーヘッドＤの左チャンネルＤ１で集音した音を左スピーカ１０から再生し、右チャンネルＤ２で集音した音を右スピーカ２０から再生することを考える。このとき、左スピーカ１０から発信された音は、左−左空間伝達関数ＧＬＬ（ｚ）を経て聴取者Ｍの左耳ＭＬに到達すると同時に、左−右空間伝達関数ＧＬＲ（ｚ）を経て聴取者Ｍの右耳ＭＲにも到達してしまう。同様に、右スピーカ２０から発信された音は、右−右空間伝達関数ＧＲＲ（ｚ）を経て聴取者Ｍの右耳ＭＲに到達すると同時に、右−左空間伝達関数ＧＲＬ（ｚ）を経て聴取者Ｍの左耳ＭＬにも到達してしまう。
【００２５】
これらの音のうち、左スピーカ１０から発信されて聴取者Ｍの右耳ＭＲに到達する成分と、右スピーカ２０から発信されて聴取者Ｍの左耳ＭＬに到達する成分がクロストーク成分となる。このクロストーク成分が原音場Ｅ１での音を再生するための妨害要因となってしまう。
【００２６】
このクロストーク成分を除去するために、音像定位装置では、制御フィルタを用いる。いま、制御フィルタＨ（ｚ）として下記（１）に示すものを用いる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ダミーヘッドＤの左チャンネルＤ１に入力される信号を左入力信号ｘ１（ｚ）、右チャンネルＤ２に入力される信号を右入力信号ｘ２（ｚ）とする。また、左チャンネルＤ１から出力される信号を左出力信号ｙ１（ｚ）、右チャンネルＤ２から出力される信号を右出力信号ｙ２（ｚ）とする。さらに、聴取者Ｍの左耳ＭＬで再生される信号を左再生信号ｚ１（ｚ）、聴取者Ｍの右耳で再生される信号を右再生信号ｚ２（ｚ）とする。このとき、図３に示す信号の流れから、左再生信号ｚ１（ｚ）は、下記（２）式および（３）式によって表される。また、右再生信号ｚ２（ｚ）下記（２）式および（３）式によって表される。
【００２９】
ｚ１（ｚ）＝ＧＬＬ（ｚ）ｙ１（ｚ）＋ＧＲＬ（ｚ）ｙ２（ｚ） ・・・（２）
ｙ１（ｚ）＝Ｈ１１（ｚ）ｘ１（ｚ）＋Ｈ２１（ｚ）ｘ２（ｚ） ・・・（３）
ｚ２（ｚ）＝ＧＲＲ（ｚ）ｙ２（ｚ）＋ＧＬＲ（ｚ）ｙ１（ｚ） ・・・（４）
ｙ２（ｚ）＝Ｈ２２（ｚ）ｘ２（ｚ）＋Ｈ１２（ｚ）ｘ１（ｚ） ・・・（５）
これらの関係を、下記（６）式に示す空間伝達行列式Ｇ（ｚ）を用いて表示すると、（７）式に示すようになる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
こうして得られた（７）式に対して、ダミーヘッドＤと左右スピーカ１０，２０との間に制御フィルタＨ（ｚ）を介在させると、下記（８）式を得ることができる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ここで、クロストーク成分を除去し、各空間伝達関数の影響を除去したとすると、聴取者Ｍの耳における再生信号ｚ（ｚ）は、ダミーヘッドＤの出力信号ｘ（ｚ）と一致する。再生信号ｚ（ｚ）と出力信号ｘ（ｚ）とが一致するためには、上記（８）式より、制御フィルタＨ（ｚ）が、下記（９）式に示す空間伝達行列式Ｇ（ｚ）の逆行列である空間伝達逆行列式Ｇ−１（ｚ）となればよい。
【００３４】
【数４】
【００３５】
このようにして制御フィルタＨ（ｚ）（＝Ｇ−１（ｚ））が求められる。
【００３６】
ここで、一般に、クロストークキャンセル制御を行うにあたっては、高周波領域における制御が難しいという問題がある。この問題に対して、本実施形態に係る音像定位装置１では、両耳間レベル差最大軸Ｘ上にスピーカ１０，２０を配置している。このように、左スピーカ１０および右スピーカ２０をそれぞれ両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置した場合、両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置された左スピーカ１０から発信する音響信号におけるクロストーク成分は、聴取者Ｍの頭部を回って右耳に到達し、頭部の回折減衰によって減衰する。この結果、音響信号のうちの高周波領域の成分が聴取者の右耳にほとんど届かないことになる。同様に、両耳間レベル差最大軸Ｘ上に配置された右スピーカ２０から発信する音響信号におけるクロストーク成分は、聴取者Ｍの頭部を回って左耳に到達し、頭部の回折減衰によって減衰する。この結果、音響信号のうちの高周波領域の成分が聴取者の左耳にほとんど届かないことになる。
【００３７】
このように、左右反対側から出力される音響信号の成分（以下「クロストーク成分」という）における高周波成分については頭部の回折減衰によって聴取者Ｍの耳にほとんど届かないことから、もはや信号処理によるクロストークキャンセル制御を行う必要がない。したがって、クロストークキャンセル制御を行う際のフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生することを防止することができ、もって聴取者Ｍの頭部の動きに対するロバスト性を向上させることができる。
【００３８】
また、クロストーク成分における高周波領域の成分がフィルタの周波数特性に鋭い山型が発生する原因となることから、クロストーク成分における高周波領域の成分を制御フィルタによって取り除くのが好適となる。クロストーク成分における高周波領域の成分を取り除く制御フィルタＨ（ｚ）としては、クロストーク成分をローパス処理した下記（１０）式に示す伝達行列Ｇ（ｚ）を用いて制御フィルタＨ（ｚ）（＝Ｇ−１（ｚ））を構成することで実現できる。
【００３９】
【数５】
【００４０】
ここでのローパスフィルタＣとしては、低周波数領域では（１０）式が（１）式で表されるものとし、高周波数領域ではクロストーク成分が０となる式で表される式とするように設計する。こうして、低周波数領域における伝達関数を打ち消す制御を行うことができる。
【００４１】
続いて、左スピーカ１０および右スピーカ２０の好適な配置位置について説明する。ここで、最初にスピーカ１０を両耳間レベル差最大軸Ｘについて説明する。本発明者らは、聴取者に対する両耳間レベル差最大軸Ｘの位置関係について実験を行った。実験では、図４に示すように、ダミーヘッドＤから一定の距離（以下「音源距離」という）ｌとなる位置にスピーカ１０をそれぞれ配置し、正面からの角度（以下「水平面角度」という）θを変えながら両耳間差を計測した。まず、ある音源距離における両耳間差を計測し、その音源距離における両耳間差を２ｄＢ以下の分布で下限値および上限値を求めるとともに、両耳間レベル時間差が最大となる水平面角度θを求めた。さらに、音源距離ｌを変えながら同様の実験を行い、各音源距離における両耳間レベル時間差の下限値および上限値、さらには両耳間レベル差が最大となる水平面角度θを求めた。実験において用いた音源距離ｌは、４００ｍｍ、８００ｍｍ、１６００ｍｍ、３２００ｍｍとした。その結果を図４（ｂ），（ｃ）に示す。
【００４２】
図４（ｂ），（ｃ）から分かるように、音源距離ｌを変えた場合でも、両耳間レベル時間差が最大となる水平面角度は１０４°または１０６°となり、ほとんどの場合で１０４°となった。さらに、１ｄＢ以下の分布による両耳間レベル差の下限値および上限値は、この両耳間時間差が最大となる角度を中心として均等に分布していることが分かるこの結果から、両耳間レベル差最大軸Ｘは、聴取者が正面を向いた状態で、両耳間の中心を通る鉛直軸周りにそれぞれ１４°ずらした場所に位置することになるといえる。
【００４３】
両耳間レベル差最大軸Ｘからの変位量の許容量について行った実験（以下「第１実験」という）について説明する。第１実験では、両耳間レベル差最大軸Ｘを水平面角度θ＝１０４°の位置に設定し、水平面角度θをずらしながら両耳間レベル差を計測した。その結果を図５に示す。図５から分かるように、水平面角度θ＝１０４°の位置を中心として、水平面角度θが大きくまたは小さくなるほど、両耳間レベル差が小さくなっていく傾向が見られた。
【００４４】
ここで、クロストーク成分の高周波領域の成分が好適に回折減衰し、クロストーク成分が原音場の音を再生するための妨害要因とならなくなるためには、両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ以上あることが求められる。クロストーク成分が原音場の音を再生するための妨害要因とならなくなるために両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ以上であることが求められる理由について説明するための実験（以下「第２実験」という）について説明する。この第２実験は、聴取者の耳の窪みを粘土で埋めて、手がかりを得られなくした状態で、生めた側の音源あるいは反対側の正常な耳側の音源に対する定位精度を検証して両耳の効果を調べたものである。
【００４５】
第２実験の結果、両方の耳の窪みを粘土で埋めた場合、定位精度は大きくは変わらないが、音源に近い側の耳の窪みだけを粘土で埋めた場合、音源に対する定位精度が著しく低下することが分かった。このときの両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ程度となっていた。このことから、クロストーク成分が原音場の音を再生するための妨害要因とならなくなるために両耳間レベル差がおよそ１５ｄＢ以上であることが求められる。
【００４６】
また、両耳間レベル差が１５ｄＢ以上となる範囲としては、測定誤差も加味して、水平面角度θが１０４°の範囲から±１６°の範囲にあることが分かる。この第１実験の結果より、水平面角度θが１０４°±１６°であり、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲であるときに、両耳間レベル差を１５ｄＢとすることができ、高周波領域の成分を好適に回折減衰させることができることがわかった。
【００４７】
続いて、本実施形態に係る音像定位装置におけるロバスト性の向上を検証するために行った第３実験について説明する。第３実験では、無響室内において、従来の手法と、本実施形態に係る手法とによる音像定位を行い、各実験において位置のロバスト性を検証した。ここでの従来の手法は、通常のステレオ再生が行われる位置にスピーカを配置し、通常のトランスオーラル制御によって音像定位を行ったものである。また通常のステレオ再生が行われるスピーカの位置としては、頭部の正面からの開き角６０°（±３０°）の位置であり、頭部としてはダミーヘッドを使用した。この実験では、制御点から頭部がずれた場合に、どの程度の制御効果があるかを測定した。位置のずれ方としては、左右方向、前後方向、回転方向の３通りを設定した。
【００４８】
これらの実験についてのそれぞれの結果を図６〜図８に示す。図６は、左右方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものである。また、図７は、前後方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものである。さらに、図８は、回転方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものである。これらの各コンタ図において、横軸に位置のずれ（前後左右方向では±１０ｃｍ、回転方向では±４０°）、縦軸に周波数を示す。また、これらのコンタ図では、制御点での効果を基準として正規化を行った。このため、制御点が効果０ｄＢであるのに対して、制御効果が低下するほど数値が小さくなる。なお、図６（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）において、制御効果を表すコンタ図を示す。
【００４９】
図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、たとえば、頭部を左右に動かした場合、横軸０が制御点であるので、制御効果が最大となる点は横軸０の点となり、左右にずれるほど制御効果が低下することが分かる。このことから、従来手法による音像定位の方が本実施例による音像定位よりもロバスト性が低く、特に高周波数領域でのロバスト性の低下が目立つものとなった。
【００５０】
また図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較した場合、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較した場合も、程度の差はあるが左右方向の場合と同様の傾向を見て取ることができた。この結果から、本実施例に係る手法では、従来の手法より高いロバスト性を得ることができることが分かった。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態ではスピーカ１０，２０をオフィスにおける床部に設けているが、聴取者の周囲にある壁面やパーテーションなどの屋内配置物に設ける態様とすることができる。また、聴取者としては、椅子などに着座するものを対象とすることもできるし、起立した状態のものを対象とすることもできる。さらに、上記実施形態では、オフィス内における音像定位を対象としているが、家庭や劇場などにおける音像定位に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る音像定位装置が設けられたオフィス内を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本実施形態に係る音像定位装置における聴取者と音源との配置関係を示す模式図である。
【図３】音像定位の原理を示す模式図である。
【図４】（ａ）は両耳間レベル差最大軸についての実験に用いたダミーヘッドとスピーカとの配置関係を示す図、（ｂ）は実験結果を示すグラフ、（ｃ）は実験結果を示す表である。
【図５】両耳間レベル差最大軸からの変位量の許容量についての実験結果を示すグラフである。
【図６】左右方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものであり、（ｃ）は制御効果を表すコンタ図である。
【図７】前後方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものであり、（ｃ）は制御効果を表すコンタ図である。
【図８】回転方向のずれによるロバスト性の結果を示すコンタ図であり、（ａ）は従来手法によるもの、（ｂ）は本実施例によるものであり、（ｃ）は制御効果を表すコンタ図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…音像定位装置
２…デスク
３…椅子
１０…左スピーカ
２０…右スピーカ
Ｃ…ローパスフィルタ
Ｄ…ダミーヘッド
Ｄ１…左チャンネル
Ｄ２…右チャンネル
Ｅ１…原音場
Ｅ２…再生音場
Ｍ…聴取者
ＭＬ…左耳
ＭＲ…右耳
Ｘ…両耳間レベル差最大軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
聴取者の左右位置にそれぞれ配設され、前記聴取者における左鼓膜位置および右鼓膜位置に対してそれぞれ音響信号を出力する左制御音源および右制御音源を備え、前記左制御音源から前記右鼓膜位置に伝達するクロストーク成分および前記右制御音源から前記左鼓膜位置に伝達するクロストーク成分を除去して、前記左右の鼓膜位置に所定の音響信号をそれぞれ独立に再生する音像定位装置において、
前記聴取者の頭部の回折減衰によって、前記左制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号と前記左制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となり、かつ前記右制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号と前記右制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となる軸を中心とする所定の範囲内に、前記左制御音源および前記右制御音源がそれぞれ配置されていることを特徴とする音像定位装置。
【請求項２】
前記左制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号と前記左制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に前記左制御音源が配置され、前記右制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号と前記右制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に前記右制御音源が配置されている請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項３】
前記所定の範囲は、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲である請求項１または請求項２に記載の音像定位装置。
【請求項４】
前記左制御御音源および前記右制御音源は、前記音響信号における前記クロストーク成分に対してローパス処理を施すローパスフィルタをそれぞれ備える請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の音像定位装置。
【請求項５】
前記左制御音源および前記右制御音源は、前記聴取者の周囲における床部または屋内配置物に設けられている請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の音像定位装置。
【請求項１】
聴取者の左右位置にそれぞれ配設され、前記聴取者における左鼓膜位置および右鼓膜位置に対してそれぞれ音響信号を出力する左制御音源および右制御音源を備え、前記左制御音源から前記右鼓膜位置に伝達するクロストーク成分および前記右制御音源から前記左鼓膜位置に伝達するクロストーク成分を除去して、前記左右の鼓膜位置に所定の音響信号をそれぞれ独立に再生する音像定位装置において、
前記聴取者の頭部の回折減衰によって、前記左制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号と前記左制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となり、かつ前記右制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号と前記右制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が最大となる軸を中心とする所定の範囲内に、前記左制御音源および前記右制御音源がそれぞれ配置されていることを特徴とする音像定位装置。
【請求項２】
前記左制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号と前記左制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に前記左制御音源が配置され、前記右制御音源から出力されて前記右鼓膜位置に到達する音響信号と前記右制御音源から出力されて前記左鼓膜位置に到達する音響信号との間のレベル差が１５ｄＢ以上となる範囲に前記右制御音源が配置されている請求項１に記載の音像定位装置。
【請求項３】
前記所定の範囲は、両耳間の中央位置における鉛直軸周りの水平角度で±１６度の範囲である請求項１または請求項２に記載の音像定位装置。
【請求項４】
前記左制御御音源および前記右制御音源は、前記音響信号における前記クロストーク成分に対してローパス処理を施すローパスフィルタをそれぞれ備える請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の音像定位装置。
【請求項５】
前記左制御音源および前記右制御音源は、前記聴取者の周囲における床部または屋内配置物に設けられている請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の音像定位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１４７４４６（Ｐ２００９−１４７４４６Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１９９０７（Ｐ２００７−３１９９０７）
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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